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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Datenkommunikation und
insbesondere eine Kommunikationseinheit zum Austauschen serieller Daten.
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Bekannte
Datenkommunikationssysteme werden ausgiebig im Zusammenhang mit
vielen Arten elektronischer Ausrüstung
verwendet. Die Kommunikationssysteme werden eingesetzt, um zwischen
zwei elektronischen Ausrüstungsgeräten serielle
Daten zu übertragen.
Beispielsweise nutzen einige bekannte Computer Kommunikationssysteme,
um serielle Daten zwischen zwei Computern gegenseitig mit hohen
Geschwindigkeiten zu übertragen.
Die seriellen Daten werden gewöhnlich
mittels eines synchronen oder asynchronen Datenkommunikationssystems
zwischen den beiden Computern übermittelt.
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In
synchronen Kommunikationssystemen werden von dem ersten Ausrüstungsgerät zu dem zweiten
Ausrüstungsgerät über ein
Kabel gleichzeitig Taktimpulse und Daten übermittelt. Die von dem ersten
Ausrüstungsgerät ausgegebenen
Taktimpulse bestimmen die Geschwindigkeit, mit der die Daten ausgetauscht
werden. Das auf das erste Ausrüstungsgerät ansprechende
zweite Ausrüstungsgerät nutzt
die Flanken dieser Taktimpulse, um die von dem ersten Ausrüstungsgerät gesendeten
Daten wiederherzustellen und außerdem
die Rückgabe
von Daten zeitzusteuern, die an das erste Ausrüstungsgerät zu übermitteln sind. Während der Übertragung der
Daten von dem ersten Ausrüstungsgerät zu dem zweiten
Ausrüstungsgerät erfahren
die Taktimpulse und Daten übereinstimmende
Verzögerungen,
die auf die Länge
und den Belag des Kabels zu rückzuführen sind.
Im Ergebnis wird die Phasenbeziehung der durch das erste Ausrüstungsgerät gesendeten Daten
und Taktimpulse bei dem zweiten Ausrüstungsgerät bewahrt. Wenn die Richtung
der Datenverbindung umgekehrt wird, und Daten von dem zweiten Ausrüstungsgerät zu dem
ersten Ausrüstungsgerät übermittelt
werden, verzögert
die Kabelverzögerung
nicht nur das Taktsignal, während
dieses von dem ersten Ausrüstungsgerät zu dem
zweiten Ausrüstungsgerät fortschreitet,
sondern verzögert
auch die Daten um denselben Betrag, während diese von dem zweiten
Ausrüstungsgerät zu dem ersten
Ausrüstungsgerät zurückkehren.
Dem ersten Ausrüstungsgerät, dem lediglich
die ursprünglichen Taktimpulse
zur Verfügung
stehen, mit denen die zurückgegebenen
Daten abzutasten sind, werden Daten übergeben, die um eine unbekannte
Zeitspanne verzögert
sind, wobei diese Zeitspanne eine Funktion des Belags des Kabels
und seiner Länge
ist. Als Folge hiervon ist ein zuverlässiger Datenaustausch auf die
Verzögerung
von Signalen auf dem Hin- und Rückweg
und auf die Toleranz des ersten Ausrüstungsgeräts, zwischen dem Taktsignal
und den Daten zeitlich abzuweichen, beschränkt.
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In
anderen bekannten Kommunikationssystemen werden serielle Daten zwischen
dem ersten und zweiten Ausrüstungsgeräts mittels
eines asynchronen Datenkommunikationssystem übertragen. Asynchrone Systeme
lösen das
Problem der Verzögerungen
auf dem Hin- und Rückweg,
indem sie voraussetzen, dass sowohl das erste als auch das zweite
Ausrüstungsgerät voneinander
unabhängige
Zeitbasen aufrecht erhalten. Der Beginn einer Datenübertragung
wird signalisiert, indem von dem Sender zu dem Empfänger ein
Startbit vorausgeschickt oder übertragen
wird. Die Startflanke dieses Startbits ermöglicht es dem Empfänger, die
Phase mit dem Startbit zu synchronisieren und nachfolgende Bits wiederherzustellen, die
die Phase mit dem Startbit beibehalten. Im Ergebnis wird ein zuverlässiger Datenaustausch
aufrecht erhalten, solange die Zeitbasen des ersten und zweiten
Ausrüstungsgeräts auf dieselbe
Frequenz eingestellt sind. Darüber
hinaus muss das erste und zweite Ausrüstungsgerät einen geringen Prozentsatz
an Drift zwischen den beiden Zeitbasen zwischen dem Zeitpunkt, in
dem das Startbit gesendet wird, und dem Zeitpunkt, in dem das diesem
Startbit zugeordnete Schlussdatenbit empfangen wird, aufrecht erhalten;
andernfalls werden die Daten nicht einwandfrei empfangen.
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Die
US-Patentanmeldung US-A-4 700 358 offenbart
zwei Modi eines Datenübertragungsbetriebs,
nämlich
entweder synchron oder asynchron, und wirft daher die oben erwähnten Probleme
auf.
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Wie
oben beschrieben, weisen sämtliche dieser
bekannten Verfahren zur Übermittlung
serieller Daten hinsichtlich ihrer Fähigkeit Daten zu senden Beschränkungen
auf. Diese Beschränkungen
erfordern häufig
die Durchführung
einer abwägenden Analyse,
um zu ermitteln, welche der beiden Verfahren den maximalen Vorteil
erbringen.
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Es
besteht Bedarf nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Übermittlung
serieller Daten, das eine Zeitbasis verwendet, um die Geschwindigkeit
einer Datenübertragung
zu ermitteln, und für das
keine Beschränkungen
durch Kabelverzögerungen
bestehen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese
und andere Aufgaben können
durch eine Kommunikationsverbindung oder Einheit erreicht werden,
die in einem Ausführungsbeispiel
einen eine Zeitbasis erzeugenden Initiator und einen Responder enthält. Mittels
der Initiatorzeitbasis können
Daten unverfälscht
zwischen dem Initiator und dem Responder übertragen werden.
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Insbesondere,
und in einem Ausführungsbeispiel,
weist die Kommunikationseinheit zwei Modi oder Zustände auf.
Diese Betriebszustände
sind im Vorliegenden gelegentlich als der Sendebetriebszustand und
der Empfangsbetriebszustand bezeichnet. Der Sendebetriebszustand
kennzeichnet den Zustand, bei dem Daten von dem Initiator zu dem
Responder übertragen
werden. Vor dem Senden der Daten an den Responder wird ein Zeitbasistaktausgangssignal
generiert, anhand dessen ein Sendetaktausgangssignal erzeugt wird.
Die Daten und das Sendetaktsignal werden anschließend an
den Responder übermittelt.
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Der
Empfangsbetriebszustand kennzeichnet den Zustand, bei dem Daten
von dem Responder an den Initiator übertragen werden. Durch Überabtasten der
Daten, die an den Initiator übertragen
werden, ist der Initiator mittels des Zeitbasistaktsignals in der
Lage, den Mittelpunkt der Daten zu bestimmen. Sobald der Mittelpunkt
definiert ist, können
sämtliche
Bits der übertragenen
Daten korrekt ermittelt werden. Wenn das nächste Startbit empfangen wird,
wird der Mittelpunkt nochmals ermittelt, um die von dem Responder übermittelten
Datenbits einwandfrei zu erkennen.
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Unter
Verwendung des Zeitbasistaktsignals ist die Einheit in der Lage,
die geeignete Zeitsteuerung für
den Empfang der übertragenen
Daten zu bestimmen. Daraus ergibt sich, dass die Einheit keine unabhängigen Zeitbasen
erfor dert. Darüber
hinaus ist die Übertragungsgeschwindigkeit
der Einheit nicht durch Kabelverzögerungen beschränkt.
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Die
oben beschriebene Kommunikationseinheit ermöglicht es, Daten mittels einer
einzigen Zeitbasis zuverlässig
zu übertragen,
ohne dabei durch Kabelverzögerungen
beschränkt
zu sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
in einem Blockschaltbild ein Datenkommunikationssystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
in einem Blockschaltbild ein Datenkommunikationssystem 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Datenkommunikationssystem 10 enthält einen
ersten Mikrocomputer 14, einen zweiten Mikrocomputer 16 und
eine Kommunikationsverbindung oder Einheit 18. Im Betrieb
sind die Mikrocomputer 14 und 16 gewöhnlich mit
(nicht gezeigten) vielfältigen
Eingabegeräten,
wie Speichergeräten
und Anwendereingabegeräten,
z.B. einer Tastatur, verbunden. Mittels von diesen Eingabegeräten erhaltenen
Informationen sind die Mikrocomputer 14 und 16 in
der Lage, Daten zu erzeugen. Diese Daten können anschließend mittels
der Kommunikationseinheit 18 mit anderen Mikrocomputern
ausgetauscht werden. Die Kommunikationseinheit 18 enthält einen
Initiator 20 und einen Responder 24.
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Die
Datensignale sind mittels des Datenbusses 26 bidirektional
zwischen dem Mikrocomputer 14 und dem Initiator 20 verbunden.
Der Initiator 20 enthält
einen Sender 30 zur Übermittlung
serieller Daten an den Responder 24 und einen Empfänger 32,
um von dem Responder 24 serielle Daten entgegen zu nehmen.
Der Sender 30 und der Empfänger 32 sind mit dem
Datenbus 26 verbunden. Ein Zeittaktgenerator 34 ist
mit dem Taktsignal des Mikrocomputers 14 verbunden, um
ein gepulstes Zeitbasistaktausgangssignal zu erzeugen. Das Zeitbasistaktsignal
ist mit dem Empfänger 32 und
einem Zeittaktteiler 36 verbunden, der ein gepulstes Sendetaktausgangssignal erzeugt.
Das Sendetaktsignal ist mit dem Sender 30 verbunden. Die
seriellen Daten werden von dem Sender 30 übertragen
und durch einen Empfänger 44 mit
einer Rate empfangen, die durch den Generator 34 und den
Teiler 36, insbesondere durch das Sendetaktsignal, bestimmt
wird. Beispielsweise können
in einem Ausführungsbeispiel
der Sender 30 und der Empfänger 32 Schieberegister
sein, die von dem Datenbus 26 stammende parallele Daten
in serielle Daten umwandeln, während
der Zeittaktgenerator 34 ein Zähler sein kann und der Zeittaktteiler 36 ein durch
N teilender Zähler
sein kann. Der Zeittaktteiler 36 dividiert das Zeitbasistaktsignal
durch eine Ganze Zahl, beispielsweise vier.
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Der
Responder 24 ist über
den bidirektionalen Bus 40 mit dem Mikrocomputer 16 verbunden,
so dass zwischen dem Mikrocomputer 16 und dem Responder 24 Daten übertragen
werden können.
Insbesondere sind Daten von dem Mikrocomputer 16 über den
Bus 40 mit dem Empfänger 44 und
dem Sender 46 verbunden. Beispielsweise ist in einem Ausführungsbeispiel
der Empfänger 44 ein
Schieberegister, das mit dem Empfänger 32 identisch
ist, und der Sender 46 ein mit dem Sender 30 identisches
Schieberegister. Die Breite des parallelen Busses des Schieberegisters
kann beispielsweise in Abhängigkeit
von der Breite der von den Mikrocomputern 14 und 16 stammenden
Daten ausgewählt
werden, z.B. 8 Bit, 16 Bit, usw.
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Die
seriellen Daten werden zwischen dem Initiator 20 und dem
Responder 24 unter Verwendung eines mehradrigen Kabels 50 übertragen.
Insbesondere verbindet das Kabel 50 das von dem Sender 30 ausgegebene
Sendetaktsignal mit dem Empfänger 44,
von dem Sender 30 ausgegebene serielle Daten mit dem Empfänger 44 und
von dem Sender 46 stammende serielle Daten mit dem Empfänger 32.
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Viele
der oben beschriebenen Funktionen und Modifikationen der Komponenten
sind in der Datenkommunikationsfachwelt gut verstanden. Die vorliegende
Anmeldung betrifft nicht solche verstandenen und bekannten Funktionen
und Modifikationen. Vielmehr betrifft die vorliegende Anmeldung
Verfahren und Einrichtungen, die dazu dienen, Daten auszutauschen,
wie es weiter unten eingehender beschrieben ist.
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Darüber hinaus
sollte es klar sein, dass die vorliegende Anmeldung in Verbindung
mit vielen anderen Mikrocomputern verwirklicht werden kann und nicht
allein auf die Verwendung in Verbindung mit den Mikrocomputern 14 und 16 beschränkt ist.
Folglich ist die Bedeutung des Begriffs Mikrocomputer in dem hier
verwendeten Sinn nicht auf die in der Fachwelt als Mikrocomputer
bezeichneten integrierten Schaltkreise beschränkt, sondern bezieht sich im
weitesten Sinn auf Mikrocomputer, Prozessoren, Mikrocontroller,
anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise, sonstige programmierbare
Schaltkreise, sowie andere Datenerzeugungseinrichtungen.
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Die
Kommunikationseinheit 18 weist zwei unterschiedliche Modi
oder Betriebszustände
auf. Diese Betriebszustände
sind im Vorliegenden als der Sendebetriebszustand und der Empfangsbetriebszustand
bezeichnet. Der Sendebetriebszustand der Einheit 18 kennzeichnet
den Zustand der Einheit 18, in dem Daten von dem Initiator 20 an
den Responder 24 übertragen
werden. Im Sendebetriebszustand werden mittels des Datenkommunikationssystems 18 Daten
von dem Mikrocomputers 14 zu dem Mikrocomputer 16 übertragen.
Weiter im Einzelnen, sendet oder überträgt der Sender 30 des
Initiators 20 das Sendetaktsignal und die serielle Daten über das
Kabel 50 an den Empfänger 44 des
Responders 24. Insbesondere wird, während des Sendens des Initiatorsendetaktsignals
zu dem Responder 24 vorab vor dem Senden von Datenbits
von dem Initiator 20 zu dem Responder 24 ein einzelnes
Startbit gesendet. Das Startbit setzt den Empfänger 44 in Kenntnis, dass
serielle Daten folgen werden. Bei Empfang des Startbits beginnt
der Empfänger 44,
serielle Daten von dem Sender 30 entgegen zu nehmen. Die
seriellen Daten werden von dem Empfänger 44 aufgenommen,
indem die seriellen Daten mit einer Rate abgetastet werden, die
durch das von dem Initiator 20 übermittelte Sendetaktsignal
bestimmt wird. Insbesondere werden die seriellen Daten an den Anstiegsübergangsflanken
des Sendetaktsignals abgetastet. Während die Bits serieller Daten
bei dem Empfänger 44 aufgenommen
werden, werden die Daten mittels des Datenbusses 40 an
den Mikrocomputer 16 übermittelt.
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Der
Empfangsbetriebszustand der Einheit 18 kennzeichnet den
Zustand der Einheit 18, bei dem Daten von dem Responder 24 zu
dem Initiator 20 übertragen
werden. Im Empfangsbetriebszustand werden mittels des Datenkommunikationssystems 18 Daten
von dem Mikrocomputer 16 zu dem Mikro computer 14 übertragen.
Insbesondere sendet der Sender 46 des Responders 24 die
seriellen Daten über
das Kabel 50 an den Empfänger 32 des Initiators 20.
Vor dem Übertragen
des ersten Datenbits wird vorab über
das Kabel 50 von dem Responder 24 an den Initiator 20 ein
einzelnes Startbit gesendet. Das Startbit setzt den Empfänger 32 in
Kenntnis, dass serielle Daten folgen werden. Nach dem Übertragen
des Startbits werden die seriellen Daten von dem Sender 46 gesendet
und von dem Empfänger 32 mit
einer durch das Sendetaktsignal bestimmten Rate aufgenommen. Insbesondere
werden die seriellen Daten unter Verwendung der Flanken der Initiatorsendetaktpulse
sequenziert. Wenn der Initiatorempfänger 32 die Anstiegsübergangsflanke
des Startbits erfasst, ist er in der Lage, den Mittelpunkt des ersten
und nachfolgender Datenbits durch Überabtasten der Daten mit einer
Rate zu ermitteln, die durch das durch den Generator 34 erzeugte
Zeitbasistaktsignal bestimmt ist. In dem Maße, wie Bits serieller Daten
an dem Empfänger 32 aufgenommen werden,
werden die Daten mittels des Datenbusses 26 zu dem Mikrocomputer 14 übertragen.
Bei Empfang des nächsten
Startbits wird wiederum der Mittelpunkt ermittelt, um die von dem
Responder übermittelten
Datenbits einwandfrei zu erkennen.
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Die
oben beschriebene Kommunikationseinheit erlaubt die zuverlässige Übertragung
von Daten unter Verwendung einer einzigen Zeitbasis. Die Tatsache,
dass nur einzige Zeitbasis verwendet wird, macht einer Voreinstellung
des Responders entbehrlich, da die Übertragungsrate durch den Initiator
eingestellt wird. Die Kommunikationseinheit ermöglicht dem Initiator außerdem ein
synchrones Senden von Daten und ein asynchrones empfangen von Daten, während es
dem Responder erlaubt ist, Daten synchron zu senden und zu empfangen.
Darüber
hinaus ist die Datenübertragungsrate nicht
durch Kabelverzögerungen
beschränkt.
Folglich ist weder in dem Initiator noch in dem Responder ein Einstellen
der Datenübertragungsraten
erforderlich.
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In
noch einem Ausführungsbeispiel
enthält das
Datenkommunikationssystem 10 einen einzigen Initiator 18 und
mehrere Responder 24. Zwischen dem Initiator 18 und
einem ausgewählten
Responder 24 werden Daten ausgetauscht, indem an jeden
der Responder 24 eine eindeutige Adresse übermittelt wird.
Lediglich derjenige Responder 24, dessen Adresse mit der übermittelten
Adresse übereinstimmt,
wird aktiviert, und es werden lediglich zwischen dem aktivierten
Responder 24 und dem Initiator 18, wie oben beschrieben,
Daten ausgetauscht. Nach Vervollständigung der Datenübertragung
können
zwischen einem anderen Responder 24 und dem Initiator 18 Daten
ausgetauscht werden, indem an den Responder 24 eine andere
eindeutige Adresse übermittelt
wird.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung vielfältiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung geht offensichtlich hervor, dass die Ziele der Erfindung
erreicht sind. Obwohl die Erfindung in Einzelheiten beschrieben
und veranschaulicht wurde, ist klar hervorzuheben, dass die Beschreibung
lediglich der Veranschaulichung und als Beispiel dient, und nicht
als beschränkend
zu verstehen ist. Dementsprechend ist der Schutzumfang der Erfindung
lediglich durch die Bedingungen der beigefügten Patentansprüche beschränkt.